Membangun Robot Kecil: Membuat Robot Micro-Sumo Satu Inci Kubik dan Lebih Kecil: 5 Langkah (dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2024-01-30 11:13

Berikut adalah beberapa perincian mengenai pembuatan robot dan litar kecil. Petunjuk ini juga akan merangkumi beberapa tip dan teknik asas yang berguna dalam membina robot dari pelbagai ukuran. Bagi saya, salah satu cabaran besar dalam elektronik adalah melihat seberapa kecil robot yang boleh saya buat. Perkara yang indah mengenai elektronik ialah komponennya semakin kecil dan lebih murah serta lebih efisien pada kadar yang sangat pantas. Bayangkan jika teknologi kenderaan seperti itu. Malangnya, sistem mekanikal pada masa ini, tidak maju secepat elektronik. Ini membawa kepada salah satu kesukaran utama dalam membuat robot yang sangat kecil: cuba memuat di ruang kecil, sistem mekanik yang menggerakkan robot. Sistem mekanikal dan bateri cenderung mengambil sebahagian besar volume robot yang sangat kecil. Pic1 menunjukkan Mr. Cube R-16, robot mikro-sumo satu inci padu yang mampu bertindak balas terhadap persekitarannya dengan kumis wayar muzik (bumper beralih). Ia boleh bergerak dan menjelajah perimeter kotak kecil. Alat ini dapat dikendalikan dengan jarak jauh menggunakan alat kawalan jauh inframerah TV universal yang disediakan untuk TV Sony. Ia juga dapat memprogram mikrokontroler Picaxe dengan corak reaksi. Perincian bermula pada langkah 1.

Langkah 1: Komponen Robot Satu Cubic Inch

Mr cube R-16, adalah robot keenam belas yang telah saya bina. Ia adalah robot satu inci padu yang berukuran 1 "x1" x1 ". Ia mampu melakukan tingkah laku yang dapat diprogramkan secara autonomi atau dapat dikendalikan dari jarak jauh. Ia tidak bermaksud sesuatu yang sangat praktikal atau sangat berguna. Ia hanyalah prototaip dan bukti konsep. Walau bagaimanapun, ia berguna dalam arti bahawa membina robot kecil membolehkan anda mengasah kemahiran miniaturisasi anda untuk robot dan litar kecil yang lain. Membina Robot dan Litar Kecil Ingatlah bahawa membina sekecil mungkin bermaksud ia mungkin mengambil masa dua kali lebih lama daripada yang biasa diperlukan untuk membina litar yang sama di ruang yang lebih besar. Semua jenis pengapit diperlukan untuk menahan komponen dan wayar kecil di tempat semasa menyolder atau merekatkan. Lampu kerja yang terang dan alat dengar pembesar yang baik atau kaca pembesar tetap adalah suatu keharusan. Small Motors Ternyata salah satu halangan terbesar untuk membuat robot yang sangat kecil adalah motor gear yang diperlukan. Elektronik kawalan (mikrokontroler) terus menjadi semakin kecil. g gear motor rpm rendah yang cukup kecil tidak begitu mudah. Mr. Cube menggunakan motor gear pager kecil yang diarahkan pada nisbah 25: 1. Pada saat itu, robot lebih pantas daripada yang saya mahukan dan sedikit berkedut. Untuk memenuhi ruang, motor harus diimbangi dengan satu roda lebih maju daripada yang lain. Walaupun dengan itu, ia bergerak ke depan, ke belakang, dan berubah dengan baik. Motor disambungkan ke papan wangi dengan wayar 24 gauge yang disolder dan kemudian dilekatkan dengan simen kontak. Di bahagian belakang robot, bolt nilon bersaiz 4-40 disisipkan ke lubang yang diketuk di bawah papan litar bawah. Kepala bolt plastik halus ini berfungsi sebagai kastor untuk mengimbangkan robot. Anda dapat melihatnya di sebelah kanan bawah gambar 4. Ini memberikan jarak roda di bahagian bawah robot sekitar 1/32 ". Untuk memasang roda, takal plastik 3/16" yang dipasang pada motor dihidupkan dan kemudian, sambil berputar, diampelas ke diameter kanan. Mereka kemudian dimasukkan ke dalam lubang di mesin basuh logam yang sesuai dengan bahagian dalam mesin basuh nilon dan semuanya telah disekat bersama. Roda itu kemudian dilapisi dengan dua lapisan getah Pita Cecair untuk memberikan daya tarikan. Bateri Kecil Masalah lain dengan robot terkecil ialah mencari bateri kecil yang akan bertahan lama. Motor gear yang digunakan memerlukan arus yang cukup tinggi (90-115ma) untuk beroperasi. Ini menghasilkan robot kecil yang memakan bateri untuk sarapan. Yang terbaik yang saya dapati pada masa itu adalah bateri sel butang lithium 3-LM44. Hayat bateri dalam robot yang sangat kecil jenis ini, sangat singkat, (beberapa minit) sehingga mereka biasanya tidak dapat melakukan perkara yang hampir praktikal. Hanya ada ruang untuk tiga bateri 1.5v, jadi mereka akhirnya menghidupkan motor dan pengawal Picaxe. Kerana bunyi elektrik yang dapat dihasilkan oleh motor DC kecil, satu bekalan kuasa untuk semuanya, biasanya bukan idea yang baik. Tetapi sejauh ini berfungsi dengan baik. Ruang dalam robot satu inci ini sangat ketat sehingga ketebalan penebat wayar 28 tolok (dari kabel pita) ternyata menjadi masalah. Saya hampir tidak dapat menyatukan dua bahagian robot itu. Saya menganggarkan bahawa sekitar 85% isipadu robot diisi dengan komponen. Robot itu sangat kecil sehingga suis on-off juga bermasalah. Akhirnya, saya mungkin mengganti misai kasar dengan sensor inframerah. Saya benar-benar kehabisan ruang yang mudah digunakan, jadi lebih sesuai lagi, tanpa menggunakan teknologi pemasangan permukaan, akan menjadi cabaran yang menarik. Saya suka menggunakan pembinaan kerang untuk robot yang sangat kecil. Lihat Pic 2. Ini terdiri daripada dua bahagian yang menghubungkan bersama header jalur dan soket.1 ". Ini memberikan akses mudah ke semua komponen, menjadikannya lebih mudah untuk debug litar atau membuat perubahan. Gambar 3 menunjukkan lokasi beberapa komponen utama. MATERIALS GM15 Gear Motors- 25: 1 6mm Planetary Gear Pager Motor: https://www.solarbotics.com/motors_accessories/4/18x Mikrokontroler Picaxe boleh didapati dari: https://www.hvwtech.com/products_list.asp CatID = 90 & SubCatID = 249 & SubSubCatID = 250L293 pengawal motor DIP IC: https://www.mouser.comPanasonic PNA4602M pengesan inframerah: https://www.mouser.com30 AWG Beldsol haba boleh dilancarkan (solderable) wayar magnet: https:// www.mouser.com3 LM44 1.5V. Bateri sel butang litium: https://www.mouser.com Suis on-off biru kecil: https://www.jameco.com Pateri nipis-.015 "pateri teras rosin: https:// www.mouser.com Resistor dan kapasitor 150 uf tantalum.1 "papan gentian kaca tembaga gentian kaca dari: https://www.allelectronics.com/cgi-bin/item/ECS-4/455/SOLDERABLE_PERF _BOARD, _LINE_PATTERN_.htmlPita cecair (tm) Performix (hitam), tersedia di Wal-Mart atau

Langkah 2: Litar Robot Satu Cubic Inch

Pic 4 menunjukkan lokasi mikrokontroler Picaxe 18x dan pengawal motor L293 yang merupakan litar utama robot. Pada masa pembinaan, saya tidak dapat memperoleh versi pemasangan permukaan Picaxe atau L293. Menggunakan IC mount permukaan tentu akan memberi lebih banyak ruang untuk litar dan sensor tambahan.18x Picaxe MicrocontollerPicaxe microcontroller masih merupakan pengawal kegemaran saya untuk digunakan pada robot eksperimen. Walaupun memori kurang dan tidak sepantas PicMicros, Arduino, Basic Stamp, atau mikrokontroler lain, mereka cukup pantas untuk kebanyakan robot eksperimen kecil. Beberapa dari mereka dapat dihubungkan dengan mudah apabila diperlukan lebih banyak kelajuan atau memori. Mereka juga sangat pemaaf. Saya telah menyoldernya secara langsung, memendekkannya dan membebankan output mereka dan saya masih belum mengeluarkannya. Oleh kerana mereka dapat diprogram dalam bahasa pengaturcaraan BASIC, mereka juga lebih mudah diprogramkan daripada kebanyakan pengawal mikro. Sekiranya anda ingin membina yang sangat kecil, pengawal Picaxe 08M dan 18x tersedia dalam bentuk pemasangan permukaan (Litar Bersepadu SOIC-Outline Kecil). Untuk melihat beberapa projek yang boleh anda lakukan dengan mikrokontroler Picaxe, anda boleh melihat: https://www.inklesspress.com/picaxe_projects.htmL293 Motor ControllerPengawal motor L293 adalah kaedah terbaik untuk mengawal dua motor di mana-mana robot kecil. Empat pin output dari mikrokontroler dapat mengawal daya ke dua motor: maju, mundur, atau mati. Kekuatan kepada motor bahkan dapat berdenyut (modulasi lebar denyut PWM) untuk mengawal kelajuannya. Gaya Bug Mati Tidak ada ruang di papan luncur untuk memasang pengawal L293 sehingga dipasang dengan menggunakan teknik bug mati. Ini hanya bermaksud bahawa IC dipusingkan dan wayar nipis disolder terus ke pin yang telah dibengkokkan atau dipotong pendek. Kemudian dapat dilekatkan pada papan litar atau dipasang ke ruang yang tersedia. Dalam kes ini, setelah L293 disolder dan diuji, saya melapisi dengan dua lapisan getah Pita Cecair yang selalu berguna untuk memastikan bahawa tidak ada yang kekurangan ketika dijejalkan ke ruang yang tersedia. Simen sentuhan yang jelas juga boleh digunakan. Untuk contoh litar bangunan yang sangat baik menggunakan gaya bug mati, lihat di sini: https://www.bigmech.com/misc/smallcircuit/Pic 5 menunjukkan jig solder tangan yang telah saya ubah dengan menambahkan klip buaya kecil ke papan wangi untuk membantu menyisipkan wayar kecil ke IC dalam gaya bug mati. Gambar 6 menunjukkan skema untuk robot Mr. Cube. Anda dapat melihat video Mr. Cube melakukan urutan pendek yang diprogramkan dengan mengklik pada pautan inci-robot-sm.wmv di bawah. Ia menunjukkan robot pada kelajuan tertinggi sekitar 30% yang telah dikurangkan menggunakan modulasi lebar nadi pada motor.

Langkah 3: Petua dan Trik Pembinaan Robot

Setelah membina 18 robot, berikut adalah beberapa perkara yang telah saya pelajari dengan cara yang sukar. Bekalan Kuasa Berpisah Sekiranya anda mempunyai ruang, anda akan menyelamatkan banyak masalah sekiranya anda menggunakan bekalan kuasa berasingan untuk mikrokontroler dan litar serta motornya. Voltan turun naik dan kebisingan elektrik yang dihasilkan motor dapat menimbulkan kekacauan dengan input mikrokontroler dan sensor untuk menghasilkan tindak balas yang sangat tidak konsisten dalam robot anda. Masalah Menembak Saya merasa lebih baik untuk membina litar lengkap robot pada papan roti terlebih dahulu. Komponen jarang gagal atau rosak. Sekiranya reka bentuk anda sah dan litar tidak berfungsi, hampir selalu menjadi kesalahan dalam pendawaian anda. Untuk maklumat mengenai cara melakukan prototaip litar pantas, lihat di sini: https://www.inklesspress.com/fast_circuits.htmSaya kemudian pasang semua motor dan sensor pada badan robot dan atur mikrokontroler untuk mengendalikannya. Hanya setelah semuanya berfungsi dengan baik, adakah saya mencuba dan membuat versi litar pematerian kekal. Saya kemudian menguji ini sementara ia masih terpisah dari badan robot. Sekiranya berjaya, saya kemudian memasangnya secara kekal ke robot. Sekiranya ia berhenti berfungsi, ia sering kali disebabkan oleh masalah kebisingan. Masalah Kebisingan Salah satu masalah terbesar yang saya hadapi adalah bunyi elektrik yang menjadikan litar tidak berguna. Ini sering disebabkan oleh bunyi elektrik atau magnetik yang boleh keluar dari motor DC. Kebisingan ini dapat mengatasi input sensor dan juga mikrokontroler. Untuk menyelesaikannya, anda boleh memastikan motor dan wayarnya tidak berdekatan dengan garisan input yang menuju ke mikrokontroler anda. Pic 7 menunjukkan Sparky, R-12, robot yang saya buat yang menggunakan Stamp 2 asas sebagai pengawal mikro. Saya mula-mula mengujinya dengan papan litar utama yang jauh dari robot dan setelah melakukan pengaturcaraan asas, semuanya berjalan lancar. Semasa saya memasangnya tepat di atas motor, ia menjadi gila dan sama sekali tidak konsisten. Saya cuba menambahkan papan berpakaian tembaga yang dibumikan antara motor dan litar tetapi tidak ada perbezaan. Saya akhirnya perlu menaikkan litar secara fizikal 3/4 "(lihat anak panah biru) sebelum robot berfungsi semula. Satu lagi sumber kebisingan yang menghancurkan dalam robot kecil boleh menjadi isyarat berdenyut. Sekiranya anda menghantar isyarat PWM ke servo atau motor, wayar boleh bertindak seperti antena dan menghantar isyarat yang boleh mengelirukan garisan input anda. Untuk mengelakkannya, pastikan wayar input dan output mikrokontroler terpisah sejauh mungkin. Jauhkan juga wayar yang membawa daya ke motor dari garis input. Magnet Wire Masalah ketebalan wayar sangat litar kecil dapat diselesaikan dengan menggunakan wayar magnet tolok 30-36. Saya telah menggunakan wayar pengukur 36 untuk beberapa projek, tetapi mendapati ia sangat bijak, sukar dilucutkan dan digunakan. Kompromi yang baik adalah wayar magnet 30 tolok. Magnet biasa wayar boleh digunakan, tetapi saya lebih suka kawat magnet yang dapat dilucutkan panas. Kawat ini mempunyai lapisan yang boleh dilucutkan dengan hanya menyoldernya dengan haba yang cukup untuk mencairkan penebat. Memerlukan sehingga 10 saat untuk melapisi lapisan semasa menyolder. komponen halus seperti pematerian pada LED atau IC, ini boleh menjadi panas yang merosakkan. Kompromi terbaik bagi saya, adalah dengan menggunakan wayar magnet yang boleh dilucutkan panas ini, tetapi lepaskannya terlebih dahulu. Mula-mula saya mengambil pisau tajam dan meluncurkannya di wayar magnet untuk melepaskan lapisan dan kemudian memutar wayar ke sekeliling sehingga dilucutkan dengan baik di sekitar garis pusatnya. Kemudian saya memateri hujung wayar yang dilucutkan sehingga disalut dengan baik. Kemudian, anda boleh menyoldernya dengan cepat ke mana-mana komponen yang lemah dengan kemungkinan kemungkinan kerosakan haba. Solder Tipis Apabila komponen sangat berdekatan, sukar untuk menyoldernya tanpa meletupkan dan memendekkan pad dan wayar yang berdekatan. Penyelesaian terbaik adalah dengan menggunakan besi pematerian panas yang boleh disesuaikan dengan hujung kecil (1/32 ") dan solder paling nipis yang anda dapati. Pateri standard biasanya berdiameter 0,032" yang berfungsi dengan baik untuk kebanyakan perkara. Menggunakan solder berdiameter 0,015 yang lebih nipis membolehkan anda mengawal jumlah pateri pada sendi dengan mudah. Sekiranya anda menggunakan jumlah pateri paling sedikit yang diperlukan, ia tidak hanya mengambil isipadu terkecil, tetapi juga membolehkan anda menyolder sambungan secepat mungkin Ini mungkin mengurangkan kemungkinan terlalu panas dan merosakkan komponen halus seperti IC dan permukaan LED permukaan. Komponen Pemasangan Permukaan Komponen pemasangan permukaan adalah yang paling minimum dalam penggunaan miniatur. Untuk menggunakan IC bersaiz SOIC saya biasanya menggunakan solder nipis dan wayar magnet. Untuk melihat yang agak mudah cara membuat papan atau litar pelindung SOIC lihat di sini: https://www.inklesspress.com/robot_surface_mount.htmMemasang Komponen Daripada MemateriBeberapa komponen pelekap permukaan juga boleh dilekatkan secara langsung ke papan litar. Anda boleh membuat gam dan penggunaan konduktif anda sendiri untuk merekatkan LED dan IC. Lihat: https://www.instructables.com/id/Make-Conductive-Glue-and-Glue-a-Circuit/ Walaupun ini berfungsi, ia mungkin agak sukar kerana tindakan kapilari cenderung sumbat c gam konduktif di bawah permukaan memasang LED dan komponen lain dan pendekkannya. Melekatkan Komponen Menggunakan Lekat Bukan Konduktif Saya baru-baru ini bereksperimen dengan merekatkan komponen ke papan litar tembaga dan kain konduktif menggunakan gam yang tidak berkelakuan. Lihat Pic 8 untuk gambar bar cahaya 12 volt (tidak menyala dan menyala) menggunakan LED pemasangan permukaan yang dilekatkan dengan gam tidak konduktif. Saya mendapati bahawa jika anda meletakkan lapisan nipis cat kuku yang jelas pada jejak tembaga dan kemudian secara fizikal mengepit LED dan membiarkannya kering selama 24 jam, anda akan dibiarkan dengan sambungan mekanikal yang baik yang konduktif elektrik. Lem cat kuku dengan berkesan mengecil dan mengikat kenalan yang dipimpin ke jejak tembaga yang membentuk sambungan mekanikal yang baik. Ia mesti dijepit selama 24 jam penuh. Selepas itu, anda boleh mengujinya untuk kekonduksian. Sekiranya ia menyala, anda boleh menambah lapisan gam kedua. Untuk lapisan kedua saya menggunakan simen sentuhan yang jelas seperti Welders atau Goop. Lem tebal ini mengelilingi komponen dan juga menyusut kerana kering untuk memastikan sambungan pepejal yang baik ke jejak tembaga dengan selamat. Tunggu 24 jam sehingga kering sebelum menguji lagi. Kerana meragukan berapa lama ia akan bertahan, saya meninggalkan lampu LED LED biru di Pic 8 selama tujuh hari dan malam. Rintangan litar sebenarnya menurun dari masa ke masa. Beberapa bulan kemudian, bar masih menyala sepenuhnya tanpa bukti peningkatan daya tahan. Dengan menggunakan kaedah ini, saya berjaya menempelkan permukaan LED permukaan yang sangat kecil - berukuran 0805-- dan lebih besar ke papan tembaga berpakaian tembaga. Teknik ini menunjukkan beberapa janji dalam membuat litar yang sangat kecil, paparan LED dan robot.

Langkah 4: Melanggar Peraturan

Untuk membuat robot yang sangat kecil, anda mungkin harus melanggar banyak peraturan yang disebutkan di atas. Untuk membuat Mr. Cube, saya melanggar peraturan berikut: 1- Saya menggunakan satu bekalan kuasa bukan satu untuk motor dan satu lagi untuk mikrokontroler. 2- Saya memasang mikrokontroler Picaxe sangat dekat dengan motor. 3- Saya menggunakan bateri yang dinilai untuk undian semasa rendah dan menjalankannya pada arus yang jauh lebih tinggi daripada yang dirancang untuk. Ini sangat mengehadkan jangka hayat bateri. 4- Saya menyekat semua wayar bersama-sama dalam hodgepodge yang boleh menimbulkan masalah bunyi silang dan elektrik. Saya bernasib baik kerana tidak. 5- Saya memasang litar ke robot tanpa membuat papan roti terlebih dahulu. Ini boleh menjadikan debug litar menjadi sangat sukar. Anda boleh memuat turun kod pengaturcaraan Picaxe untuk Mr. Cube di: https://www.inklesspress.com/mr-cube.txtJika anda berminat untuk melihat beberapa robot lain yang telah saya buat, anda boleh pergi ke: https://www.inklesspress.com/robots.htmPik 9 menunjukkan Mr. Cube dan Mr. Cube dua, R-18, robot 1/3 inci padu yang telah saya mula bina. Perincian mengenai langkah 5.

Langkah 5: Mr Cube Dua: Membuat Robot Inci Kubik 1/3

Setelah membuat robot satu inci padu yang berjaya, saya terpaksa mencuba sesuatu yang lebih kecil. Saya bertujuan untuk robot sekitar 1/3 inci padu. Pada ketika ini, Mr. Cube Two berukuran 0,56 "x.58" x.72 ". Ia mempunyai mikrokontroler Picaxe 08 yang akan membolehkannya bergerak secara autonomi. Pic 10 menunjukkan robot pada pembaris. Pic 11 menunjukkan yang lain sisi robot pada satu perempat. Kedua-dua bateri itu adalah bateri lithium 3volt cr1220 dan masih perlu dilihat apakah mereka akan mempunyai kapasiti yang mencukupi untuk menghidupkan Picaxe dan motor. Lebih banyak bateri mungkin diperlukan. Ia sedang dijalankan. Oleh itu jauh kedua motor pager berfungsi dengan baik untuk menggerakkan dan menghidupkan robot pada permukaan licin. Mikrokontroler Picaxe dipasang dan telah diprogramkan dan diuji. Masih perlu ditambahkan ialah pengawal motor SOIC L293 dan sensor reflektor inframerah. Apabila selesai, ini akan jadilah robot autonomi terkecil dengan sensor dan pengawal mikro. Walaupun ini adalah robot kecil, adakah robot amatur yang lebih kecil dapat diprogramkan? Ya memang. Lihat: Robot 1cc: https://diwww.epfl.ch/lami/ mirobots / smoovy.html Robot Pico:

Hadiah Kedua dalam Pertandingan Robot Instructables dan RoboGames

Hadiah Pertama dalam Peraduan Buku Instructables